第六节 人类染色体作图

    人类染色体作图也就是基因定位，随着分子生物学的飞速发展，定位的方法也越来越先进。到1988年为止人类基因图工作组（HGM）公布在常染色体上已确定480个位点，在X染色体上已确定了139个位点。

定位的方法有体细胞杂交，家系连锁分析，原位杂交，剂量效应法，染色体畸变，限量性酶的精确分析等，其中前三者用得较多。

一. 体细胞杂交法：

     人类的染色体和小鼠的染色体无论是数目还是形态都不相同，通过细胞融合可以得到人和小鼠的杂种细胞，这种细胞不稳定，在有丝分裂的过程中总是要排斥人类的染色体，最终仍随机地留下几条人类的染色体，形成不同的细胞系或“克隆”，这才稳定下来，通过Giemsa分带或其它分析方法，人们能很容易地鉴别出各细胞系中留下的人类染色体是第几号染色体，这就给基因定位提供了前提。我们可通过测定酶的活性来确定那些小鼠不含有而人类却具有的酶的基因座位，以及小鼠为突变型，人类具有其野生型等位基因的酶的位点。例如肽酶C（peptidase C）是小鼠中没有的,而人类是可以产生此酶。若在杂种细胞系中除小鼠的全套染色体组外还留有一条人类1号染色体，同时有测得肽酶C的活性，那就可以推测，肽酶C的基因位于人类的1号染色体上。再如胸苷激酶（TK）是小鼠和人类都具有的酶，那么我们可以选择TK^－ 小鼠的细胞和人类的细胞融合，用HAT（含有次黄嘌呤H，氨基喋呤A和胸苷T）的培养基来选择杂种细胞，只有具有TK酶活性的杂种细胞才能存活，那么这个酶的基因一定位于杂种细胞中留有的人类染色体上。但杂种细胞留有的人类染色体常常并不止一条，这样就要通过多个相关的杂种细胞系来加以比较分析（如表5-5  ），从表中我们不难推断TK位于人类的第17条染色体上。确定一个基因要多个相关克隆并非易事，因为留下的染色体是随机的，所以获得的细胞系不一定是我们所需要的，为此人们采用了克隆嵌板法（clone panel method）来筛选就要方便得多，虽构建克隆嵌板并不容易，但一经建立便一劳永逸，事半功倍。

如表5-5所示，如果有三个不同的细胞系，每个细胞系含有四条染色体，A系含有1、2、3、4号，B系含有1、2、5、6号，C系含有1、3、5、7号，那么如果三个细胞系都具有某个酶的活性，而A和C都不具有，那么这个酶的相应的基因一定位于1号染色体上；若仅B具有某个酶的活性，那么此酶的基因可能在6号染色体上；依此类推就可以比较快速准确地进行基因定位。现已分离了仅具有一条人类染色体的中国地鼠杂种细胞，毋庸置疑，此将加快人类的基因定位。

二．原位分子杂交

细胞融合的方法只能将某个基因定位于某条染色体上，但却无法确定其具体的位置。用玻片原位分子杂交就可以将已知的基因定位于染色体的一定区域。方法是这样的。首先要制备较好的人类中期染色体片，经变性处理使其DNA双链打开，然后将同素标记或带有荧光标记的基因探针（probe）和玻片上的DNA进行分子杂交，经放射自显影或在荧光显微镜下观察摄影，就可以确定该基因在染色体上的具体位置。如人类的胰岛素基因就是用这种方法定位在11号染色体的1区5带上。

三．家系分析法

家系分析法是通过分析家系中连锁基因的重组来确定同一条染色体上基因的排列顺序以及两个基因之间的遗传距离。应当说比原位分子杂交的结果更为精确，但由于人类的家系相对比较小，世代很长，同时不能像动物那样进行杂交实验，因此这种方法的使用受到了很大的局限，一般较适合X连锁基因的定位，直到60年代后期人们一直都采用这种方法定位。

    其他的一些定位方法如细胞学方法和基因剂量效应法是应用于一些特殊的情况。如1968年约翰霍普金斯大学的学生Donahue在做染色体实验时发现自己的1号染色体缢痕区增长，通过对他自己家族染色体的观察，进一步发现这一异常是遗传的，并与特殊血型（Fy）具有平行性，因此将血型基因定位于1号染色体上，这是首次定位常染色体上的基因，从而建立了细胞学定位法。1973年发现第二条染色体短臂缺失（2P^－）的患者红细胞酸性磷酸酶（ACP－1）活性明显降低，于是将此酶定位于第2条染色体上，这就是利用剂量效应的方法。

Dulbecco于1986年首次提出了“人类基因组工程”，以期能确定人类及几种模型生物整个基因组的序列，得到了很多著名科学家的支持，这一项浩大的国际协作研究计划终于在1990年正式开始实施。据估计人类的基因组约含30亿个碱基对，有10万个基因分散在基因组中，其中5000个已被编目，1900个已被定位，600个已被克隆分离出来。一旦这项宏伟蓝图得以完成，那么基因定位将会迎刃而解。